ケルビン接続とは何ですか?

ケルビン接続は抵抗などを高精度に測定する四端子接続法です。 TO-247-4L などの4端子パッケージのMOSFETではこの方法を利用しゲート・ソース間電圧VGSを配線の抵抗成分やインダクタンス成分の影響なく印加することが可能となります。

抵抗値が不明の抵抗Rを測定するとき、図-1のように電流源を使って電流Iを流し込み電圧を測定することで抵抗を求めることができます。このとき配線が長いと配線の持つ抵抗分が加算され測定精度が悪くなることがあります。
このようなとき、図-2のように電流の流れる経路とは別に測定経路を設けることで、測定経路に仮に配線抵抗r’が存在しても、測定経路には電流は流れないので抵抗端の電圧が精度よく測定でき、精度の高い抵抗測定が可能です。

図1 抵抗測定
図1 抵抗測定
図2 ケルビン接続による抵抗測定
図2 ケルビン接続による抵抗測定

MOSFETはゲート・ソース間の電圧で制御するデバイスです。ドレイン電流が大きいときにゲート・ソース間の電圧印加で図-1と同様のことが生じます。特に、ドレイン電流が大きく変化するMOSFETのターンオン・ターンオフ時には配線のインダクタンスによる影響が大きくなることがあります。
図-3の回路で考えます。ゲート端子とGND間に外部からゲート電圧VGSが印加されています。
MOSFET内部にソースのボンディングワイヤによるインダクタンスLbと外部配線によるインダクタンスLWがあります。これらインダクタンスに流れるターンオン・ターンオフ時の電流の変化(dID/dt)によって、ソース電圧VLSはGNDから VLS = ( Lb + LW ) x dID/dt の電圧を持ち、スイッチング特性に大きな影響を与えます。

図-4の回路のように、ドレイン電流IDが流れる経路と制御信号であるゲート・ソース間電圧VGSを印加する経路を分けた場合、VGSはIDの影響を少なくすることが可能です。

図3 3端子MOSFETにおけるゲート・ソース間電圧
図3 3端子MOSFETにおけるゲート・ソース間電圧
図4 4端子MOSFETにおけるケルビン接続を利用したゲート・ソース間電圧
図4 4端子MOSFETにおけるケルビン接続を利用したゲート・ソース間電圧

ケルビン接続可能なMOSFET用パッケージには以下のものがあります。

TO-247-4L, TOLL, DFN8x8

関連リンク

以下の資料にも関連する説明がありますので、ご参照ください。

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